Evaluación del desempeño físico de un sistema FTTH-GPON ...

TecnoLógicas

ISSN-p 0123-7799

ISSN-e 2256-5337

Vol. 23, No. 47, pp. 23-61

Enero-abril de 2020

© Instituto Tecnológico Metropolitano

Este trabajo está licenciado bajo una

Licencia Internacional Creative

Commons Atribución (CC BY-NC-SA)

Artículo de Investigación/Research Article

Evaluación del desempeño físico de

un sistema FTTH-GPON para servicios

Quad Play después de la

incorporación de un módulo RoF

Evaluation of the Physical Performance of

an FTTH-GPON System for Quad Play Services

After the Incorporation of an RoF Module

Andrés Felipe Escallón-Portilla 1,

Víctor Hugo Ruíz-Guachetá 2, y

José Giovanny López-Perafán 3

Recibido: 27 de junio de 2019

Aceptado: 04 de octubre de 2019

Cómo citar / How to cite

A. F. Escallón-Portilla, V. H. Ruíz-Guachetá, y J. G. López-Perafán,

“Evaluación del desempeño físico de un sistema FTTH-GPON para

servicios Quad Play después de la incorporación de un módulo RoF,”.

TecnoLógicas, vol. 23, no. 47, pp. 23-61, 2020.

https://doi.org/10.22430/22565337.1391

1 MSc. en Telecomunicaciones, Facultad de Ingeniería Electrónica y

Telecomunicaciones, Universidad del Cauca, Popayán-Colombia,

[email protected] 2 MSc. en Telecomunicaciones, Facultad de Ingeniería Electrónica y


[email protected] 3 PhD. en Ciencias de la Electrónica, Facultad de Ingeniería Electrónica y


[email protected]

https://orcid.org/0000-0003-0452-7355

mailto:[email protected]

https://orcid.org/0000-0001-6331-9180

https://orcid.org/0000-0002-8576-3458

Evaluación del desempeño físico de un sistema FTTH-GPON para servicios Quad Play

después de la incorporación de un módulo RoF

[24] TecnoLógicas, ISSN-p 0123-7799 / ISSN-e 2256-5337, Vol. 23, No. 47, enero-abril de 2020, pp. 24-61

Resumen

Este artículo propone el diseño y simulación de un módulo de radio frecuencia basado en

un sistema de multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) con modulación

de amplitud en cuadratura (16-QAM) a una tasa de transmisión de datos de 10 Gbps y a

una frecuencia de 10 GHz, utilizando la herramienta de simulación OptSim. Para ello, se

diseñó a nivel de simulación un sistema de red con fibra hasta el hogar (FTTH)-óptica

pasiva Gigabit (GPON) Triple Play (servicio de datos/voz a 2,5 Gbps y servicio de video

CATV digital con 16-QAM a 0,8 Gbps) con el fin de integrar el módulo de radio sobre fibra

(RoF) para ofrecer servicios Quad Play (Triple Play más Internet móvil). Posteriormente, se

evaluó el desempeño para el enlace descendente a nivel físico del sistema FTTH-GPON

después de que se incorporó el módulo RoF, con base en los parámetros de monitoreo de

desempeño óptico (OPM), tales como: potencia de recepción óptica, magnitud del vector de

error (EVM), diagrama de constelación, relación señal a ruido (SNR), tasa de error de bit

(BER), Factor de calidad (Q) y diagrama del ojo. Los resultados muestran que es posible que

los usuarios de las redes FTTH-GPON puedan contar, además de los servicios Triple Play,

con un cuarto servicio (Internet móvil) ya que la calidad del servicio móvil está garantizada

dentro del “último kilómetro” para redes de acceso, usando el despliegue actual de fibra

óptica estándar, demostrando la factibilidad del sistema propuesto.

Palabras clave

Fibra hasta la casa, red óptica pasiva Gigabit, radio sobre fibra, multiplexación por

división de frecuencia ortogonal, modulación de amplitud en cuadratura, monitoreo de

desempeño óptico, magnitud del vector de error.

Abstract

This article proposes the design and simulation of a radio frequency module based on an

Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) system with Quadrature Amplitude

Modulation (16-QAM) at a data transmission rate of 10 Gbps and a frequency of 10 GHz

using the simulation tool OptSim. For that purpose, a Fiber To The Home (FTTH)-Gigabit

Passive Optical Network (GPON) Triple Play system (voice/data service at 2,5 Gbps and

digital CATV video service with 16-QAM at 0,8 Gbps) was designed in order to integrate a

Radio over Fiber (RoF) module and offer Quad Play services (Triple Play plus mobile

Internet). Subsequently, the physical performance of the downlink of the FTTH-GPON

system was evaluated after the RoF module was incorporated, based on Optical

Performance Monitoring (OPM) parameters such as: Optical Receiver Power, Error Vector

Magnitude (EVM), Constellation Diagram, Signal to Noise Ratio (SNR), Bit Error Rate

(BER), Quality (Q) Factor, and Eye Diagram. The results show that it may be possible for

FTTH-GPON users to have, in addition to Triple Play services, a fourth one (mobile

Internet) because the quality of the mobile service is guaranteed within the “last kilometer”

for access networks using the current deployment of standard optical fiber, demonstrating

the feasibility of the proposed system.

Keywords

Fiber to the home, Gigabit passive optical network, radio over fiber, orthogonal

frequency division multiplexing, quadrature amplitude modulation, optical performance

monitoring, error vector magnitude.



TecnoLógicas, ISSN-p 0123-7799 / ISSN-e 2256-5337, Vol. 23, No. 47, enero-abril de 2020, pp. 24-61 [25]

1. INTRODUCCIÓN

De acuerdo con [1], la revolución de la

industria de telecomunicaciones a partir

del desarrollo de Internet ha sido de tal

magnitud que la convergencia tecnológica

es una realidad actualmente. El desarrollo

de la tecnología ha posibilitado el hecho de

que las aplicaciones como texto, imagen,

video y audio, convivan dentro de una

misma red. Esto ha generado y demandado

nuevos usos para los distintos dispositivos

conectados. El teléfono celular brinda cada

vez más prestaciones y se convierte en un

dispositivo multimedia inteligente, que

permite múltiples servicios para satisfacer

las necesidades de los usuarios finales.

Por otro lado, con el avance y desarrollo

de la digitalización se ha permitido un uso

más eficiente de las redes de

telecomunicaciones, que cada día tiene

costos menores y, a su vez, se impulsa el

desarrollo de nuevos servicios y

aplicaciones, como por ejemplo servicios de

video bajo demanda, foto blogs, video logs,

descargas y streaming de video,

plataformas de televisión digital y puesta

en línea de contenidos. Todo esto está

generando la oferta al consumidor de una

experiencia nueva, brindando a los

usuarios los servicios requeridos con las

mejores condiciones en el momento y en el

lugar donde se encuentren [1].

Numerosos proveedores de contenidos

de todo el planeta están usando Internet

para llegar con su programación a los sitios

más alejados, disponiendo de esta manera

de una plataforma alternativa de mucho

más potencial y alcance. Estos proveedores

de telecomunicaciones, en gran parte del

globo, ofrecen servicios Triple Play y

algunos ya hablan de servicios X-Play para

el usuario final. Estos servicios se ofrecen

a través de Internet teniendo que disponer

para ello de una plataforma robusta y

competitiva para dicho fin [1], [2].

En concordancia con lo mencionado

en [3], los usuarios finales están

demandando una gran velocidad de

transmisión de datos en sus dispositivos

móviles, que les garantice una conectividad

inalámbrica permanente y no tener la

necesidad de dirigirse a puntos de acceso

cableados. Sin embargo, los servicios

inalámbricos no están en la capacidad de

proporcionar grandes transmisiones de

datos, debido a que no poseen suficiente

ancho de banda. Hoy por hoy, las redes

Gibabit Ethernet (GbE) proporcionan

hasta 1 Gbps para sistemas inalámbricos y

ya se están haciendo investigaciones para

la implementación de 10 GbE.

Cabe notar también que para

transmisiones a velocidades del orden de

los multi-Gbps, se encuentran en estudio

los diferentes y posibles escenarios para

implementar sistemas inalámbricos

operando con portadoras a frecuencias

extremadamente altas (EHF), cuyo rango

oscila entre 30 y 300 GHz.

Este rango de frecuencias se conoce en

la comunidad científica como la banda de

ondas milimétricas (mmW), el cual

proporciona más ancho de banda en el

rango de los GHz. Citando a países

desarrollados como Estados Unidos y

Corea del Sur, el uso de la frecuencia de 60

GHz cada día se está masificando.

Por ese motivo, se está estudiando el

ancho de banda de los sistemas

inalámbricos que operan alrededor de 60

GHz a nivel mundial; por ejemplo, el grupo

IEEE 802.15.3c se enfoca en distancias de

transmisión de corto alcance de hasta 10 m

y se proponen sistemas inalámbricos

internos en el rango de las mmW para el

suministro de velocidades mayores a 1

Gbps. Para el desarrollo de sistemas que

trabajen en bandas de mmW se presentan

problemas, como el costo de los equipos

electrónicos utilizados y el aumento de las

estaciones base (BS) que deberían

implementarse. Además, la transmisión de

señales de mmW necesita mayor potencia,

debido a las altas pérdidas en el medio

inalámbrico, lo cual genera inconvenientes

en la implementación.




Algunos de estos inconvenientes se

solucionan con la tecnología RoF, la cual se

presenta como una de las soluciones más

prometedoras para las redes de acceso en

el mundo [3].

Por otra parte, los sistemas RoF que

operan en la banda mmW requieren de

celdas pequeñas debido a la corta distancia

de propagación; de hecho, los enlaces de

radio de mmW están siendo considerados

para la implementación de sistemas micro

o pico celulares de banda ancha, redes de

acceso y redes inalámbricas internas [3].

Se tiene también que la demanda de

tasas de trasmisión altas y gran ancho de

banda en redes fijas e inalámbricas se ha

incrementado en los últimos años y

muestra un comportamiento similar en los

años subsiguientes. Un estudio realizado

por Cisco Systems publicó un reporte

donde se pronosticaba que el tráfico de

datos a nivel mundial para el año 2018

sobre del protocolo de Internet (IP)

superaría el umbral del Zettabyte.

Según Cisco, durante el periodo 2012-

2017 el tráfico del segmento metropolitano

creció el doble que el tráfico de la red

troncal; se predijo también que para el

2017 alrededor de la mitad del tráfico IP de

consumo se generó en dispositivos que no

son computadores personales y este creció

alrededor del 49 % en comparación con el

26 % del año 2012. Con estos resultados se

espera que para este año (2019) los

dispositivos conectados a la red cableada

representen aproximadamente el 45 % del

tráfico IP, mientras que el 55 % de dicho

tráfico estará generado por redes Wi-Fi y

dispositivos móviles, lo que implicará un

gran aumento de ancho de banda

demandado por los dispositivos móviles [4],

[5].

De acuerdo al análisis anterior,

actualmente se observa que las redes de

acceso ópticas pueden proporcionar un

amplio ancho de banda para los usuarios

finales, mientras que las redes

inalámbricas ofrecen movilidad a los

usuarios, pero no cumplen con los

requerimientos de ancho de banda

demandado por los mismos. Además, tener

redes de acceso separadas genera altos

costos de operación y mantenimiento para

los proveedores de servicios.

Todo esto demanda la necesidad de una

convergencia de dichas redes en una sola

infraestructura compartida para la futura

distribución de contenidos (X-Play) para

usuarios fijos y móviles; con base en esto,

los sistemas RoF y FTTH son las

tecnologías más apropiadas para

consolidarse en el segmento de redes de

acceso inalámbrico y fijo, respectivamente,

debido a la movilidad y al gran ancho de

banda que soportan. A pesar de que los

sistemas RoF se pueden implementar en

redes troncales logrando cubrir grandes

distancias, el gran atractivo de estos

sistemas radica en que se pueden utilizar

en redes de acceso inalámbrico de banda

ancha que permita el transporte y la

distribución de las portadoras de radio

frecuencia (RF) de cualquier red

inalámbrica utilizando una infraestructura

de red de acceso FTTH [4], [5].

Teniendo en cuenta este escenario,

surge la pregunta y el desafío de cómo

transmitir señales de RF en redes FTTH-

GPON, usando una sola longitud de onda

sobre fibra, de manera que se garantice

una calidad aceptable y que el costo-

beneficio sea atractivo [5].

Hasta el momento, se han realizado

diferentes investigaciones y trabajos

alrededor de sistemas RoF, en los cuales se

muestran las ventajas de implementar

dichos sistemas en diferentes escenarios y

aplicaciones.

En [4] se hace un estudio comparativo

de las técnicas de generación de señales

para el transporte de información sobre

sistemas RoF usando técnicas de

combinación óptica, mientras que en [3] se

discute las tecnologías que permiten

desarrollar los sistemas RoF, y en [5] se

realiza el análisis de un modelo analítico

para la generación de señales para

sistemas RoF.




En un trabajo previo [6], los autores

realizaron, a nivel de simulación usando la

herramienta Optiwave, e implementaron a

nivel de laboratorio, un módulo RoF más

complejo (transmisor a 24 GHz linealizado

digitalmente para el enlace de bajada de

una red de acceso de radio en la nube) que

el que se propone en el presente trabajo.

Ellos tuvieron en cuenta la no

linealidad que presenta el modulador

Mach-Zehnder (MZM), la cual fue

mitigada, y usaron 35 mW de potencia en

un tramo de 11,8 km de SMF-28 usando

amplificación óptica, mientras que el

enfoque usado en este artículo está dentro

del contexto de redes ópticas pasivas, que

no usan amplificadores y emplean

potencias de transmisión bajas (desde 1 a

menos de 10 mW), además de no usar un

MZM sino un modulador de

electroabsorción (EAM) lineal para el

módulo RoF propuesto.

Por su parte, en [7] se propone, se

demuestra experimentalmente y se simula

una arquitectura de red para el transporte

de mmW basada en las técnicas de RoF

para el transporte de señales en el

segmento de fronthaul de los futuros

sistemas 5G, mientras que en la presente

investigación se trabaja desde 1 a 64

portadoras de radio OFDM/16-QAM a 10

GHz para un sistema FTTH-GPON Quad

Play.

Según lo expresado anteriormente, y

sabiendo que en Colombia cada día los

usuarios demandan más ancho de banda

por los múltiples servicios que utilizan en

su diario vivir, se hace necesario realizar

un estudio de los sistemas RoF aplicados a

servicios Quad Play (voz, video, datos e

Internet móvil) para tecnologías FTTH-

GPON.

Este estudio evalúa el desempeño a

nivel físico de un sistema FTTH-GPON

para servicios Quad Play al integrar un

módulo RoF y lo simula en el entorno que

ofrece la herramienta de simulación

OptSim [8] para realizar el monitoreo de

las señales que soportan los servicios Quad

Play, donde, según se sugiere en [9], [10],

se debe tener en cuenta un adecuado

monitoreo del canal óptico basado en OPM.

Este trabajo se organiza como sigue: la

sección 2 presenta el marco teórico y el

estado del arte. La sección 3 describe la

metodología de desarrollo y simulación. La

sección 4 muestra los resultados y

discusión y, finalmente, la sección 5

resume el estudio extrayendo las

respectivas conclusiones.

2. MARCO TEÓRICO Y ESTADO DEL ARTE

Para el desarrollo metodológico de este

trabajo de investigación se tuvo en cuenta

referentes teóricos dentro de los cuales se

destacan: principios de OFDM, tecnología

FTTH-GPON y sistema de radio sobre

fibra óptica RoF.

2.1 Principios de OFDM

En concordancia con [11], la técnica de

modulación OFDM se utiliza actualmente

en numerosas tecnologías dentro del

contexto de las telecomunicaciones. OFDM

es un gran avance para las comunicaciones

digitales de banda ancha, tanto para guías

ópticas o metálicas como para medios

inalámbricos, ya que permite la

transmisión de tasas binarias altas en

canales de carácter hostil. Entre todas las

ventajas que puede proporcionar esta

modulación, se puede destacar

principalmente la robustez que presenta

ante los problemas que produce la

propagación multitrayecto, un uso eficiente

del espectro, la sencillez al realizar la

modulación y demodulación mediante las

transformada rápida inversa (IFFT) y

directa (FFT) de Fourier, la flexibilidad

para poder adaptarse a sistemas de gran

ancho de banda gracias a la ecualización

en el dominio de la frecuencia, la

compatibilidad con técnicas de múltiples

entradas y múltiples salidas (MIMO),

además de la inserción de un prefijo cíclico




(CP) que provoca la eliminación de los

efectos producidos por la interferencia

inter-simbólica (ISI).

Como principio primordial de OFDM

está la división del espectro disponible en

varios subcanales donde la información

está modulada en múltiples portadoras,

cada una a distinta frecuencia, como

establece la técnica FDM, pero con la

diferencia de que las portadoras son

ortogonales entre sí [11]–[13].

2.2 Tecnología FTTH-GPON

FTTH propone la utilización de fibra

óptica hasta el domicilio del usuario. La

red de acceso entre el abonado y el último

nodo de distribución puede realizarse con

una o dos fibras ópticas dedicadas a cada

usuario (una conexión punto-punto que

resulta en una topología en estrella) o una

red óptica pasiva (PON) que usa una

estructura arborescente con una fibra en el

lado de la red y varias fibras en el lado

usuario [14], [15], como se puede observar

en la Fig. 1.

En la Fig. 1 se muestra una forma de

proporcionar fibra hasta el hogar a través

de una PON Gigabit (GPON), con la

posibilidad de incluir a futuro servicios de

conectividad a BS celulares.

GPON es una red de acceso punto a

multipunto. Su principal característica es

el uso de un divisor (splitter) pasivo en la

red de distribución de fibra, lo que permite

que una sola fibra de alimentación del

proveedor sirva para múltiples hogares y

pequeños negocios. GPON tiene una

capacidad descendente de 2,5 Gbps y una

capacidad ascendente de 1,25 Gbps que se

comparte entre los usuarios [14], [15].

2.3 Sistema de radio sobre fibra óptica

(RoF)

RoF es una tecnología que puede operar

en cualquier banda de frecuencia, pero

según el estado del arte, los principales

estudios de estos sistemas se enfocan en la

banda EHF (30-300 GHz o mmW). Dentro

de estas frecuencias se operan anchos de

banda de alrededor de 7 GHz [16].

Fig. 1. Esquema de red FTTH-GPON. Fuente: [15].




Los sistemas de RoF transmiten

señales de radio a través de la fibra óptica

directamente hasta la BS. Cuando existen

varias BS, un dispositivo pasivo, conocido

como splitter, divide la señal a las BS,

como se observa en la Fig. 2.

Una de las ventajas más importantes

de la tecnología RoF es la habilidad de

concentrar lo más costoso del equipo de

alta frecuencia en un lugar central u

oficina central (CO), lo cual permite la

instalación del equipo restante en un lugar

distante, debido a su sencillez, bajo peso,

tamaño reducido y bajo consumo de

potencia.

Entre otras ventajas adicionales se

destaca el gran ancho de banda que

proporciona la fibra en el transporte de

señales de RF. Con los sistemas de RoF,

las BS solo son utilizadas para realizar la

conversión opto-eléctrica, por lo que su

configuración es más simple e

independiente del protocolo y del formato

de modulación [3].

Hoy en día, la implementación y uso de

servicios basados en IP se está llevando a

cabo con conexiones de forma más

inalámbrica, donde los usuarios finales por

medio de sus teléfonos inteligentes acceden

a Internet y usan algún tipo de servicio.

En la Fig. 3 se muestra una red

heterogénea de banda ancha de próxima

generación para diversos servicios.

Fig. 2. Sistema RoF. Fuente: [3].

Fig. 3. Redes de acceso heterogéneas de banda ancha de próxima generación. Fuente: [3].




Los sistemas RoF están diseñados para

desempeñar funciones de sistemas de radio,

además de funciones de transporte y

movilidad. Todas estas funciones incluyen

modulación de datos, procesamiento de la

señal y conversión de frecuencia.

El propósito principal de los sistemas

RoF es la distribución de señales de banda

ancha a las BS para acceso inalámbrico

usando una red de acceso óptica. Por lo

tanto, un sistema RoF consiste de cuatro

elementos principales: el transmisor óptico,

la red de acceso óptica, las BS y los

receptores móviles o fijos [3].

Los sistemas RoF transmiten señales de

radio a través de la fibra óptica desde un

transmisor hasta una BS con el fin de

llegar a los consumidores finales mediante

un enlace de radio, como se observa en la

Fig. 4.

Dentro del estado del arte, para los

sistemas de RoF se han realizado múltiples

investigaciones. Como se muestra en [17],

los autores presentaron un software

desarrollado sobre la plataforma LabVIEW

de la casa National Instruments, el cual

genera una librería denominada RoFSim

(Simulador de RoF) basada en

instrumentos virtuales (VI) para simular

un sistema completo de transmisión de

señales moduladas en el rango de

radiofrecuencia sobre un esquema de

comunicaciones ópticas RoF que incluyen:

el láser transmisor, la fibra óptica y el

fotodetector, en un ambiente

completamente gráfico. Se presenta su

estructura, su multicanalización y su

análisis en el dominio del tiempo, de la

frecuencia y del espectro óptico.

Por ejemplo, en [18] se describe la

aplicación de los mezcladores opto-

electrónicos auto-oscilantes basados en el

uso de transmisiones pseudomórficos de

alta movilidad electrónica sobre un sistema

RoF, se trabajan con diferentes longitudes

de onda, se muestran los resultados de la

caracterización electro-óptica en un

ambiente de total oscuridad como de

luminosidad, y también se presentan para

la banda de GSM.

Los principales resultados de [18]

indican que se obtuvo gráficamente en

oscuridad total el punto óptimo de

operación del PHEMT (mezclador opto-

electrónico auto-oscilante basado en el uso

de transistores pseudomórficos de alta

movilidad electrónica) en términos de la

ganancia máxima del dispositivo, se mostró

Fig. 4. Configuración de un sistema de comunicaciones RoF. Fuente: [16].




también experimentalmente que en el

PHEMT iluminado, la foto-corriente es

dependiente del estado de polarización del

haz de luz monocromática; también se

concluye experimentalmente que el

mezclador opto-electrónico auto-oscilante

posee amplios rangos de mezclado dentro

de los 5 GHz de oscilación local, lo que

permite su uso para sistemas RoF.

A su vez, en [19] se analizan las

funcionalidades y prestaciones de las

técnicas más utilizadas para generar

señales de microondas/milimétricas, con el

fin de identificar las más adecuadas que

permitan generar señales en la banda de

60 GHz para un sistema RoF. Asimismo, se

analizan los efectos que introduce el canal

en el transporte de la señal y finalmente se

evalúa su rendimiento mediante

simulaciones de sus figuras de mérito

particularizadas para los esquemas

planteados. Dentro de sus principales

resultados cabe destacar que la modulación

de fase supera a la modulación de

intensidad aun cuando no esté configurada

con sus parámetros de correcto

funcionamiento. Además, con la escasa

complejidad, el esquema que se propone

permite utilizar señales de modulación

sobre los 15 GHz, es decir, puede generar

señales sobre los 60 GHz. Las simulaciones

de las figuras de mérito corroboran dichos

resultados de manera más exacta, aparte

que, mediante ellas, permite de alguna

forma pronosticar el comportamiento de la

técnica con otros valores de configuración.

Adicionalmente, en [4] se hace un

estudio comparativo de las técnicas de

generación de señales para el transporte de

información en sistemas de RoF usando

técnicas de combinación óptica. En estos

sistemas las portadoras de RF se

transportan como subportadoras de canal

óptico sobre un enlace en conexiones

punto-punto o punto-multipunto. Entre los

resultados más relevantes se muestra que

los índices de modulación para los

esquemas de brazo doble y serial presentan

una fuerte dependencia entre sí, mientras

que la configuración en paralelo permite

una mayor flexibilidad en la selección de

los índices de modulación.

En [5] se presenta un modelo analítico

que describe los elementos involucrados en

la generación de señales apropiadas en

sistemas RoF para el transporte de

información. El modelo tiene como base la

definición del campo eléctrico y potencia a

la salida del modulador óptico, que conjuga

una señal modulada en banda base y una

señal de RF en cualquier banda, donde

resulta que, mediante el modelado de la

función de campo, se encuentra que los

índices de modulación presentan

dependencia entre sí y se obtiene su valor

óptimo a fin de garantizar una buena

calidad para ambas señales en el receptor.

El autor de [20] analiza un sistema RoF

de cuatro canales con fibra monomodo

utilizando técnicas de multiplexación de

subportadoras. Se consiguió un rango

dinámico eléctrico libre de espurios de 51

dB que es suficiente para un alcance móvil

de aproximadamente 100 m. El uso de la

multiplexación de subportadora simplifica

el diseño del transceptor de radio y permite

que el equipo de procesamiento complejo se

ubique en la central local.

En [21], se muestra experimentalmente

un sistema RoF de super banda ancha que

transmite señales OFDM de 1 Gbps en

portadoras de mmW de 40 GHz. Se logra

más de 80 km vía fibra óptica monomodo

estándar sin compensación de dispersión

con menos de 0,5 dB de perdida de

potencia.

En [22] la conversión óptica es mejor

que la conversión eléctrica en enlaces

simples de RoF de 60 GHz basados en

intensidad de modulación con detección

directa (IMDD). Se prueba que la

ecualización usada mejoró las prestaciones

de ambos sistemas, permitiendo la

transmisión libre de errores de 4 Gbps

sobre 500 m de fibra estándar monomodo.

En la gran mayoría de trabajos

relacionados con RoF existe un enfoque

hacia el sistema RoF como tal y no se hace




un estudio de cuál sería el impacto y/o

desempeño al integrar un módulo RoF en

una red FTTH-GPON Triple Play, lo que se

constituye en el principal aporte del

presente trabajo.

3. METODOLOGÍA DE DESARROLLO Y

SIMULACIÓN

Tomando como base la arquitectura

FTTH-GPON y los sistemas RoF, se realizó

un modelo de red con enfoque modular

(orientado a componentes), el cual constó

de elementos lógicos (nodos y enlaces) que

representaron una primera abstracción de

la red objetivo mostrando la interacción

entre elementos (modelo conceptual).

Asimismo, se desarrolló un modelo

físico, donde se representó cada elemento

lógico por sus respectivos componentes

físicos: terminal de línea óptica (OLT),

medio óptico y terminal de nodo óptica

(ONT) conocida también como unidad de

red óptica (ONU), según los componentes

disponibles en la herramienta de

simulación OptSim, con lo cual se

constituyó el respectivo modelo de

simulación que fue evaluado mediante

dicha herramienta definiendo y empleando

para ello diferentes escenarios de

simulación. Finalmente, se obtuvieron los

resultados que fueron graficados y

analizados para obtener una serie de

conclusiones sobre el trabajo realizado.

OptSim permite evaluar el desempeño

a nivel físico de la red FTTH-GPON al

integrar el módulo RoF, con base en los

parámetros OPM, mediante los escenarios

de simulación propuestos.

Teniendo como referencia la

metodología propuesta en [23], en la Fig. 5

se adapta y propone la metodología de

desarrollo y simulación, con el fin de

obtener los modelos lógicos (modelos

conceptuales) y físicos (escenarios de

simulación).

3.1 Componente lógico o conceptual

Todo el componente lógico está

conformado por tres partes que son: la red

FTTH-GPON Triple Play, el módulo RoF y

por último la integración del módulo RoF a

la red Triple Play para consolidar el

sistema FTTH-GPON que soporte servicios

Quad Play.

3.2 Componente lógico (modelo conceptual)

y físico (escenario de simulación) de la red

FTTH-GPON Triple Play (sin el módulo RoF)

En la Fig. 6 se muestra el modelo

conceptual de la red FTTH-GPON Triple

Play. Dicho modelo fue extraído con base

en estudios realizados en [24], [25].

Como se puede apreciar, está

conformado por diferentes nodos: en la

OLT se tiene el servicio de datos/voz y el

servicio de video, conformando de esta

manera el nodo transmisor de la red

FTTH-GPON Triple Play.

Los tres servicios se combinan y salen

al medio de transmisión óptico (topología

en árbol). Por último, está el nodo del

receptor, ubicado en la ONT, el cual está

conformado por el receptor de datos/voz y

por el receptor de video.

En la Fig. 7 se muestra el componente

físico o escenario de simulación de la red

FTTH-GPON Triple Play. Este componente

fue diseñado teniendo en cuenta el modelo

lógico de la Fig. 6, especificando

claramente que los componentes físicos

fueron extraídos de OptSim, los cuales

conforman el escenario con el fin de

obtener los datos requeridos. La Tabla 1

muestra los parámetros de simulación

utilizados.




Fig. 5. Diseño de la simulación. Fuente: elaboración propia.

Fig. 6. Modelo conceptual de la red FTTH-GPON Triple Play (sin el módulo RoF). Fuente: [24].




(a)

(b)

(c)

Fig. 7. Modelo físico de la red FTTH-GPON Triple Play (sin el módulo RoF) para una ONT. (a) Transmisor

(OLT). (b) Medio óptico. (c) Receptor (ONT). Fuente: elaboración propia.




Tabla 1. Parámetros técnicos establecidos para la simulación. Fuente: [24], [25].

PARÁMETRO VALOR

Servicio de Internet y VoIP

Velocidad de transmisión 2,5 Gbps

Longitud de onda 1490 nm (Banda S)

Potencia de transmisión 0 dBm

Tipo de modulación óptica Externa

Sensibilidad de recepción -27 dBm

Servicio de CATV digital

Formato de modulación multinivel 16-QAM

Velocidad de transmisión 0,8 Gbps

Portadora 1000 MHz

Tipo de modulación óptica Externa

Potencia de transmisión 8 dBm

Longitud de onda 1550 nm (Banda C)

Sensibilidad de recepción -16,3 dBm

Otros parámetros de la red

Láser Onda continua

Codificación de línea NRZ

Modulador MZM

Fibra óptica SMF-28

CorningLEAF

Atenuador 1 dB

Filtro eléctrico Butterworth orden 16

Filtro óptico Bessel orden 2


y físico (escenario de simulación) del

módulo RoF

Teniendo cuenta lo expuesto en [16]- [18], [21], [26], se propone el componente

lógico o modelo conceptual del módulo RoF,

tanto en transmisión como en recepción,

como se aprecia en la Fig. 8.

-Láser: fuente de luz con 0 dBm de

potencia, operando en la ventana de 1550

nm.

-Transmisor OFDM (señal radio): en

este módulo se hace todo el tratamiento de

la señal desde que sale de la fuente de

datos hasta que llega al medio óptico. Aquí

se realiza todo lo relacionado con

codificación y modulación a nivel eléctrico;

asimismo, se monta la señal ya modulada

en 16-QAM sobre portadoras OFDM y se

pasa a RF antes de entrar al modulador

óptico.

-Modulador óptico: se utiliza la

modulación externa ya que se comporta

mucho mejor que la modulación directa a

frecuencias mayores de 5 GHz. El

modulador usado aquí es un EAM lineal.

-Medio óptico: este módulo tiene las

mismas características y parámetros de la

red FTTG-GPON Triple Play, es decir, está

conformado por: combinadores ópticos,

enlaces de fibra óptica troncal, de

distribución y de acceso, y divisores

ópticos.

-Filtro óptico: se encarga de dejar pasar

la señal óptica de acuerdo con la frecuencia

o longitud de onda de la portadora láser.

-Conversor opto-eléctrico: se encarga de

la conversión del dominio óptico al dominio

eléctrico.




- Receptor OFDM (señal radio): en este

módulo se realiza todo el tratamiento de la

señal RF recuperada, es decir, se hace el

proceso complementario a la transmisión,

amplificando, filtrando y recuperando las

portadoras OFDM con el fin de entregar los

datos transmitidos al usuario final.


físico o escenario de simulación realizado

en OptSim del componente lógico RoF,

tanto del lado del transmisor (el cual está

ubicado en la OLT de la red FTTH-GPON

Triple Play), como del lado del receptor

(ubicado en cada ONT de la red FTTH-

GPON Triple Play). La Fig. 10 muestra el

diagrama de bloques OFDM, indicando de

manera general el proceso llevado a cabo

para el tratamiento de las señales en cada

bloque.

En la Fig. 10 (a) se muestra un

transmisor OFDM que se compone de los

siguientes bloques:

-Fuente_datos: fuente de datos que

genera una señal pseudo-aleatoria con una

velocidad de transmisión de 10 Gbps.

-Datos_serial_paralelo: encargado de

realizar la conversión serie a paralelo.

-Modulador_MQAM: encargado de

generar los componentes en fase (I) y en

cuadratura (Q) banda base del símbolo

QAM.

Fig. 8. Modelo conceptual del módulo RoF. Fuente: [16].

Fig. 9. Modelo físico del módulo RoF para una OLT y ONT

Fuente: elaboración propia.




(a)

(b)

Fig. 10. Diagrama de bloques OFDM. (a) Transmisor. (b) Receptor


-Módulo_IFFT: calcula la IFFT sobre el símbolo QAM y obtiene el símbolo OFDM.

-Módulo_frecuencia_portadora_RF: encargado de montar la señal banda base en una portadora de alta frecuencia (10 GHz).

-Combinador_eléctrico: combina las señales provenientes del bloque anterior para obtener la señal de RF.

Por su parte, en la Fig. 10 (b) se muestra el receptor OFDM compuesto por:

-Divisor: separa la señal de RF en dos réplicas.

-Módulo_bajada_portadora_RF: encargado de bajar la señal OFDM modulada RF a banda base.

-Filtro_Besel: filtra la réplica uno de la señal centrada en dos veces la frecuencia portadora.

-Filtro_Besel1: filtra la réplica dos de la señal centrada en dos veces la frecuencia portadora.

-Módulo_FFT: calcula la FFT sobre el símbolo OFDM para recuperar el símbolo QAM.

-Demodulador_MQAM: recupera la señal lógica paralela del símbolo QAM.

-Paralelo_serial: encargado de realizar la conversión paralelo a serie y restaurar la secuencia binaria serial transmitida.

En la Tabla 2 se muestran los parámetros de configuración del módulo RoF.




Tabla 2. Parámetros de configuración del módulo RoF


PARÁMETRO VALOR

Velocidad de transmisión 10 Gbps

Modulación 16-QAM 2,5 Gbaud/s

Módulo IFFT-OFDM

Tasa de baudios 2,5 Gbaud/s

Subportadoras 8

Prefijo cíclico 0,25

Retardo 0

Frecuencia RF 10 GHz

Frecuencia láser 194 THz

Potencia láser 0 dBm

Otros parámetros de la red

Láser Onda continua

Codificación de línea NRZ

Modulador EAM lineal

Fibra óptica SMF-28

CorningLEAF

Atenuador 1 dB

Filtro eléctrico Butterworth orden 16

Filtro óptico Bessel orden 2

Fig. 11. Modelo conceptual de la red FTTH-GPON Quad Play (con el módulo RoF integrado)





(a)

(b)

(c)

Fig. 12. Modelo físico de la red FTTH-GPON Quad Play (con el módulo RoF integrado) para una sola ONT

(a) Transmisor (OLT). (b) Medio óptico. (c) Receptor (ONT). Fuente: elaboración propia.





y físico (escenario de simulación) de la red

FTTH-GPON Quad Play (con el módulo RoF

integrado)


lógico de la red FTTH GPON Quad Play

(con el módulo RoF integrado) y en la Fig.

12 se muestra el componente físico de

dicha red o escenario de simulación

realizado en OptSim, manteniendo

constantes los parámetros de configuración

de las Tablas 1 y 2.

Ya establecida la metodología de

desarrollo, se inició analizando el modelo

de simulación para una red FTTH-GPON

Triple Play (sin el módulo RoF), teniendo

en cuenta algunas consideraciones de

diseño y así poder lograr un buen

desempeño de la red en cuanto a los

parámetros OPM. En seguida, se analiza el

módulo RoF en OptSim verificando que

cumpla con las condiciones mínimas de

calidad según lo estudiado en el estado del

arte. Por último, se analiza el modelo de

simulación final que es la red FTTH-GPON

Quad Play (con el módulo RoF integrado),

analizando lo expuesto en [17]–[19], [21], [26].

4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

4.1 Relación entre los parámetros de

monitoreo EVM, SNR y BER

La magnitud del vector de error (EVM)

es una medida para evaluar la calidad de

una señal modulada. Como se muestra en

la Fig. 13, la EVM es un escalar que

expresa la diferencia entre el valor del

voltaje complejo esperado de un símbolo

demodulado (I-Q de referencia) y el valor

del símbolo recibido (I-Q medido) [27]. En

el contexto de este trabajo, el valor I-Q de

referencia es el medido en el diagrama de

constelación back-to-back, mientras que el

valor I-Q medido es el que se obtiene del

diagrama de constelación en recepción, con

lo cual fue posible calcular el valor de la

EVM.

Fig. 13. Representación gráfica de la EVM. Fuente: [27].




La BER es el parámetro de desempeño

más significativo de cualquier sistema de

comunicación digital y depende de la SNR

de la señal recibida, que a su vez está

determinada por la potencia de la señal

transmitida, la atenuación y dispersión del

enlace y el ruido en recepción [6].

Por lo tanto, la BER en función de la

SNR para un sistema M-QAM se describe

en (1):

Donde, el valor de la SNR puede

aproximarse en función de la EVM, como

se muestra en (2):

Evaluando (1) para la modulación 16-

QAM, la expresión de la BER es como lo

estipula (3):

Utilizando el anterior procedimiento, y

usando OptSim, se llevó a cabo el cálculo

de la BER para el módulo RoF en el

presente trabajo.

4.2 Análisis de resultados

Para el análisis de los resultados se

consideraron algunos aspectos en los

diferentes modelos de simulación:

-Tráfico: permanente y no variable

(secuencias pseudoaleatorias).

-Potencia del láser constante.

-Multiplexación por división de longitud

de onda (WDM), multiplexores y

demultiplexores no ideales.

-Parámetros OPM a evaluar: potencia

de recepción óptica (PRxo), EVM, SNR,

BER, factor Q.

-Parámetros variables: número de ONT

y distancia.

-Fibra óptica monomodo: la fibra óptica

de dispersión positiva estándar ITU-T

G.652 llamada SMF-28 en OptSim y la

fibra de dispersión negativa ITU-T G.655

llamada CorningLEAF en OptSim.

Ambas se usan con longitudes de onda

desde 1490 nm a 1550 nm. Los valores

escogidos de atenuación y de dispersión

para las fibras utilizadas en la simulación

corresponden a datos de referencia y a

datos reales, que se pueden encontrar en

las recomendaciones ITU-T (G.652 y

G.655) y en las hojas de datos del

proveedor de fibra Corning.

Los servicios Triple Play se

configuraron con las características

actuales usadas en las redes FTTH-GPON

(ver Tabla 1). Para el servicio de datos/voz

(Internet/VoIP) se utilizó una portadora de

1490 nm de longitud de onda con 0 dBm de

potencia a una velocidad de 2,5 Gbps.

Para el servicio de video (CATV digital)

se utilizó modulación 16-QAM y una

portadora de 1550 nm de longitud de onda

con 8 dBm de potencia a una velocidad de

0,8 Gbps. Con el fin de soportar servicios

Quad Play (ver Tabla 2), para el servicio de

Internet móvil, se propuso un

transmisor/receptor OFDM (16-QAM, RF

10 GHz) con un plan de frecuencias (según

la recomendación ITU-T G.694.1 donde se

especifica dicho plan para DWDM) de 1 a

64 canales desde 193,6 a 199,9 THz

equivalentes a longitudes de onda desde

1548,5 hasta 1499,7 nm con espaciamiento

de 0,1 THz (aproximadamente 0,75-0,8 nm)

con 0 dBm de potencia a una velocidad de

10 Gbps.

Los resultados y discusión de los

escenarios planteados, se realizaron en

tres partes: la primera es el análisis del

módulo RoF, la segunda es el impacto

cuando se integra el módulo RoF a la red

FTTH-GPON y la tercera son los

resultados de las pruebas realizadas

variando el número de ONT en la red

FTTH-GPON Quad Play con distancia

𝐵𝐸𝑅 =

2 · (1 −1

√𝑀 ) · 𝑒𝑟𝑓𝑐 (√3 ·

𝑆𝑁𝑅[𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙]2 · (𝑀 − 1)

)

log2 𝑀

(1)

𝑆𝑁𝑅[𝑑𝐵] = −20 log (𝐸𝑉𝑀

100) = 10log (𝑆𝑁𝑅[𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙]) (2)

𝐵𝐸𝑅 =3

8· erfc (√

𝑆𝑁𝑅[𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙]

10) (3)




constante y variable. Cabe anotar que

solamente se consideró el análisis en el

enlace descendente, es decir, desde la OLT

hasta la ONT.

4.3 Análisis de la red FTTH-GPON Triple Play

de referencia

Es importante mencionar que los

servicios Triple Play en la red FTTH-

GPON tienen un buen desempeño hasta 20

km usando fibra SMF-28 (BER del orden

de 10-40 para el servicio de datos/voz y BER

del orden de 10-7 para el servicio de CATV

digital).

En la Fig. 14 se muestra los parámetros

de desempeño de la red FTTH-GPON

Triple Play. Por un lado, en la Fig. 14 (a) se

puede observar el diagrama del ojo de la

señal de datos/voz, que para estos servicios

corresponde a un excelente desempeño

para una distancia de 19,8 km pues la BER

es de 10-40 (factor Q=33,822 dB).

Por su parte, en la Fig. 14 (b) se aprecia

el diagrama del ojo de la señal de video,

que para este servicio corresponde también

a un excelente desempeño para una

distancia de 19,8 km pues la BER es de

5,655 x 10-7 (Factor Q=13,451 dB).

(a)

(b)

Fig. 14. Parámetros de desempeño de la red FTTH-GPON Triple Play para una distancia de 19,8 km

(a) Diagrama del ojo de la señal de datos/voz. (b) Diagrama del ojo de la señal de video





4.4 Análisis del módulo RoF

Teniendo en cuenta que el contexto de

este trabajo se enfoca en redes FTTH-

GPON cuya distancia máxima es de 20 km,

ofreciendo actualmente servicios Triple

Play como solución de acceso de “último

kilómetro”, con el fin de proveer un cuarto

servicio de Internet móvil (Quad Play), fue

necesario rediseñar el módulo RoF

propuesto por defecto en OptSim porque su

desempeño solo permitía alcanzar 300 m

de distancia. Para ello se cambió el tipo de

modulador óptico, es decir, el modulador de

fase (MZM) lineal por el modulador EAM

lineal. Según [16], [18], [19], [21], [26], el

modulador EAM presenta un mejor

desempeño que el de fase cuando se

requiere alcanzar mayor distancia. De esta

manera, cuando se usó la fibra SMF-28, se

logró un alcance máximo de 1,250 km, en

comparación con la fibra CorningLEAF

donde se obtuvo un alcance de 5,860 km.

En la Fig. 15 se observa una señal

OFDM a 10 GHz en el dominio de la

frecuencia. La Fig. 15 (a) detalla el

espectro de la señal en el transmisor y la

Fig. 15 (b) lo hace en el receptor. Para un

alcance máximo de 5,860 km, se ha

atenuado considerablemente

(aproximadamente 100 dB).

Afortunadamente, después de que la

señal es tratada con la FFT, dicha señal

tiene una ganancia suficiente (100 dB)

para contrarrestar la atenuación, lo que

permite recuperar la señal original en el

receptor de manera correcta. Para

corroborar la recuperación exitosa de la

información transmitida, en la Fig. 16 se

puede apreciar el diagrama de constelación

(en fase y cuadratura) de la señal de radio.

Mediante las Fig. 16 (a) y (b), se realiza

la medida y se compara entre una

distancia de 0 km (configuración back-to-

back) y una distancia de 5,860 km,

evidenciando que, a pesar de haber una

rotación en el diagrama de constelación

debido a la falta de coincidencia de fase

entre la señal recibida y la señal de la

portadora de referencia, la información es

recuperada satisfactoriamente. Con el fin

de estimar el límite inferior de desempeño,

es decir, un escenario del peor de los casos,

no se corrigió el desfase del diagrama de

constelación en recepción.

El módulo RoF propuesto funciona

hasta una distancia de 5,860 km. Por

encima de esta distancia, la EVM es mayor

a 14,877 % y la correspondiente BER está

por encima de la máxima permitida (10-3

para la señal radio según lo sugerido en

[16]).

De acuerdo con los resultados de [6],

[7], el módulo RoF diseñado en el presente

trabajo está limitado en su desempeño,

posiblemente debido a varios factores, tales

como:

-Ruido de fotodetección.

-Las características no lineales del

modulador en el sistema RoF provocan

distorsiones durante el proceso de

conversión eléctrico-óptico-eléctrico,

degradando la calidad general de la señal.

-Degradación del factor Q en tasas

superiores a 1 Gbps.

-Las distorsiones aumentan

proporcionalmente a la velocidad de

transmisión.

-La distorsión de intermodulación se

extiende por todo el espectro.




(a)

(b)

Fig. 15. Señal OFDM a 10 GHz en el dominio de la frecuencia. (a) En el transmisor. (b) En el receptor





(a)

(b)

(c)

Fig. 16. Diagrama de constelación (en fase y cuadratura) de la señal radio. (a) Back-to-back (0 km). (b) Medida a

una distancia de 5,860 km. c) Superpuesto: ideal vs recibido. Fuente: elaboración propia.

4.5 Impacto cuando se integra el módulo

RoF a la red FTTH-GPON Triple Play

En el análisis realizado al módulo RoF

independiente, se obtuvo una distancia

máxima de 5,860 km desde el transmisor

hasta el receptor, correspondiente a una

EVM del 14,877 % representando una BER

máxima de 10-3. Cuando se integró este

módulo RoF a la red FTTH-GPON Triple

Play, la EVM en el receptor RoF disminuyó

a 14,819 %, lo cual mejoró la BER en una

pequeña cantidad. Esta mejora de

parámetro permitió obtener una ganancia

en la distancia entre la OLT y la ONT de la

red FTTH-GPON Quad Play ya

consolidada, pasando de 5,860 km a 5,887

km (17 m). Por lo anterior, se fijó la nueva

distancia para la red FTTH-GPON con el

módulo RoF integrado en 5,887 km.

En cuanto a los otros servicios Triple

Play (datos/voz y video) su desempeño no

varió con respecto al análisis realizado

anteriormente puesto que su alcance es

hasta los 20 km.




En la Fig. 17 se puede ver la variación

del diagrama del ojo con la distancia

(cerrándose proporcionalmente) para la

señal de datos/voz medida en el receptor.

Asimismo, en la Fig. 18 es apreciable la

variación del diagrama del ojo con la

distancia (cerrándose proporcionalmente)

para la señal de video medida en el

receptor. De acuerdo con lo anterior, se

corroboró que los servicios Triple Play en la

red FTTH-GPON tienen un buen

desempeño hasta 20 km (ver Fig. 14), y,

por lo tanto, el único servicio que está

limitado para una distancia de 5,877 km es

el de Internet móvil. De esta manera, es

indispensable monitorear dicho servicio

cuando se aumente el número de

portadoras de radio. Además, la Fig. 19

deja ver la variación del espectro de

frecuencias con la distancia en el canal

óptico para los cuatro servicios de la red

FTTH-GPON, apreciando como aumenta la

atenuación proporcionalmente con la

distancia.

Para las Fig. 17-19, la distancia está en

función de los colores usados. La

convención usada va de arriba hacia abajo.

El primero es verde oscuro (1 km), el

segundo es azul claro (2 km), el tercero es

verde claro (3 km), el cuarto es morado (4

km), el quinto es azul oscuro (5 km) y el

sexto es café (5,877 km).

La Fig. 20 muestra las señales Quad

Play (datos/voz, video y radio) en el canal

óptico. A través de las Fig. 21-23 se

muestran los resultados gráficos del

comportamiento del módulo RoF ya

integrado a la red FTTH-GPON, teniendo

en cuenta los parámetros OPM a analizar,

donde la PRxo es inversamente

proporcional a la distancia entre la OLT y

la ONT, y consecuentemente, la EVM y la

BER son directamente proporcionales a

dicha distancia. Los resultados permiten

corroborar que se tiene un buen desempeño

de dicho servicio para una distancia menor

a 5,877 km, evidenciando que el módulo

RoF cumple con las condiciones

establecidas en [16]–[19], [21], [26].

Con el fin de consolidar todos los

resultados de las distintas pruebas hechas

en los escenarios de simulación, la Tabla 3

muestra un resumen sobre la comparación

del desempeño de los servicios de la red

FTTH-GPON Triple Play versus Quad

Play para una sola ONT de referencia.

Fig. 17. Variación del diagrama del ojo con la distancia para la señal de datos/voz medida en el receptor





Fig. 18. Variación del diagrama del ojo con la distancia para la señal de video medida en el receptor


Fig. 19. Variación del espectro de frecuencias con la distancia en el canal óptico para los cuatro servicios de la

red FTTH-GPON. Fuente: elaboración propia.




Fig. 20. Señales Quad Play (datos/voz, video y radio) en el canal óptico


Fig. 21. Variación de la potencia de recepción óptica con la distancia para la señal radio





Fig. 22. Variación de la EVM con la distancia para la señal radio medida en el receptor


Fig. 23. Variación de la BER con la distancia para la señal radio medida en el receptor





De la Tabla 3 se deduce que al integrar

el módulo RoF a la red FTTH-GPON Triple

Play, no se degrada el desempeño de los

servicios de datos/voz y video. Además, se

observa que se obtiene una distancia

adicional de 17 m al integrar el módulo

RoF, respecto a las pruebas aisladas. Lo

anterior puede ser posible al presentarse

interferencia constructiva.

4.6 Resultados de las pruebas realizadas

variando el número de ONT en la red FTTH-

GPON Quad Play con distancia constante y

variable

Para el caso de una sola ONT ya se

definió la distancia máxima alcanzada

(5,887 km) para el peor caso de operación

que se demostró que está limitado por el

módulo RoF (BER de 10-3 equivalente a un

factor Q de 9,8 dB) la cual se usa como

referencia para realizar de una forma

análoga un monitoreo completo de los

cuatro servicios tanto en el dominio del

tiempo como en el de la frecuencia, con el

fin de adquirir los resultados de los

escenarios de simulación correspondientes

al caso de varias ONT. Para una red

FTTH-GPON en el contexto actual es

suficiente operar con 64 ONT en DWDM,

aunque se podría aumentar a 128 ONT con

servicios Quad Play dependiendo de la

cantidad de información que se requiera

transportar, para lo cual se podría

aumentar el número de canales

(disminuyendo el espaciamiento entre

ellos) y/o la velocidad de transmisión de

datos (incrementando la capacidad de

información).

Tabla 3. Comparación del desempeño de los servicios de la red FTTH-GPON Triple Play versus

Quad Play para una sola ONT de referencia. Fuente: elaboración propia.

Servicio Parámetros

Valor FTTH-GPON

Triple Play (sin el

módulo RoF)

Valor FTTH-GPON

Quad Play (con el

módulo RoF)

Datos/voz

BER 10-40 10-40

Factor Q 34,160974 dB 34,291544 dB

Potencia Rx

óptica -16,1 dBm -15,5 dBm

Video

BER 4,19633 x 10-7 3,69857 x 10-7

Factor Q 13,783102 dB 13,924103 dB

Potencia Rx

óptica -16,1 dBm -15,5 dBm

Radio

EVM 14,81868% * 14,87726%

BER 0,9545x10-3 * 0,9926x10-3

Potencia Rx

óptica -15,5 dBm * -16,192 dBm

Fibra

SMF-28 Distancia 1,250 km * 1,267 km

Fibra

CorningLEAF Distancia 5,860 km * 5,877 km

*Estos datos corresponden al módulo RoF independiente, antes de ser

integrado a la red FTTH-GPON Triple Play




Tabla 4. Distribución de canales (DWDM) para los servicios Quad Play en la red FTTH-GPON


ONT f [THz] λ [nm] Etiqueta ONT f [THz] λ [nm] Etiqueta

ONTs_video 193,4 1550 freq1_THz 33 196,8 1523,3 Tx33

1 193,6 1548,5 Tx1 34 196,9 1522,6 Tx34

2 193,7 1547,7 Tx2 35 197 1521,8 Tx35

3 193,8 1546,9 Tx3 36 197,1 1521 Tx36

4 193,9 1546,1 Tx4 37 197,2 1520,2 Tx37

5 194 1545,3 Tx5 38 197,3 1519,5 Tx38

6 194,1 1544,5 Tx6 39 197,4 1518,7 Tx39

7 194,2 1543,7 Tx7 40 197,5 1517,9 Tx40

8 194,3 1542,9 Tx8 41 197,6 1517,2 Tx41

9 194,4 1542,1 Tx9 42 197,7 1516,4 Tx42

10 194,5 1541,3 Tx10 43 197,8 1515,6 Tx43

11 194,6 1540,6 Tx11 44 197,9 1514,9 Tx44

12 194,7 1539,8 Tx12 45 198 1514,1 Tx45

13 194,8 1539 Tx13 46 198,1 1513,3 Tx46

14 194,9 1538,2 Tx14 47 198,2 1512,6 Tx47

15 195 1537,4 Tx15 48 198,3 1511,8 Tx48

16 195,1 1536,6 Tx16 49 198,4 1511,1 Tx49

17 195,2 1535,8 Tx17 50 198,5 1510,3 Tx50

18 195,3 1535 Tx18 51 198,6 1509,5 Tx51

19 195,4 1534,3 Tx19 52 198,7 1508,8 Tx52

20 195,5 1533,5 Tx20 53 198,8 1508 Tx53

21 195,6 1532,7 Tx21 54 198,9 1507,3 Tx54

22 195,7 1531,9 Tx22 55 199 1506,5 Tx55

23 195,8 1531,1 Tx23 56 199,1 1505,7 Tx56

24 195,9 1530,3 Tx24 57 199,2 1505 Tx57

25 196 1529,6 Tx25 58 199,3 1504,2 Tx58

26 196,1 1528,8 Tx26 59 199,4 1503,5 Tx59

27 196,2 1528 Tx27 60 199,5 1502,7 Tx60

28 196,3 1527,2 Tx28 61 199,6 1502 Tx61

29 196,4 1526,4 Tx29 62 199,7 1501,2 Tx62

30 196,5 1525,7 Tx30 63 199,8 1500,5 Tx63

31 196,6 1524,9 Tx31 64 199,9 1499,7 Tx64

32 196,7 1524,1 Tx32 ONTs datos/voz 201,2 1490 freq2_THz

Además, cabe notar que los parámetros

de simulación (frecuencia, longitud de

onda, número de ONT, constante de

atenuación y constante de dispersión)

usados en los escenarios de una sola ONT

para la fibra, se mantienen constantes

para que puedan usarse dentro de estos

escenarios variando el número de ONT y la

distancia, los cuales constan de varias

portadoras de radio inyectadas a la fibra

simultáneamente, además de las dos

portadoras que siempre están presentes

(portadora de Internet/VoIP y portadora de

CATV digital), las cuales van tomando




valores dentro del espectro óptico para la

ventana de 1550 nm en DWDM de acuerdo

a un plan de frecuencias, a fin de proceder

a observar y analizar los parámetros de

medida de acuerdo a los resultados

obtenidos (PRxo, EVM, SNR, BER, y

distancia máxima alcanzada). Es

importante aclarar que el número y valor

de longitudes de onda están asignadas por

el plan de frecuencias que se muestra en la

Tabla 4.

La Tabla 4 muestra la distribución de

los canales cuando se escala el número de

los mismos, es decir, cuando se inyectan a

la fibra simultáneamente: 2 canales

(ONT1– ONT2), 4 canales (ONT1– ONT4),

8 canales (ONT1– ONT8), 16 canales

(ONT1– ONT16), 32 canales (ONT1–

ONT32) y 64 canales (ONT1– ONT64).

Posteriormente se aumentó el número

de ONT empleando 2, 4, 8, 16, 32 y 64

canales de acuerdo al plan de frecuencias

DWDM establecido para las portadoras del

servicio de Internet móvil. Se dejó la

distancia máxima fija de 5,887 km, luego,

se varío la distancia desde 0 km hasta

5,887 km en pasos de 1 km.

Se realizaron pruebas de simulación

forzando el sistema al peor caso de

desempeño mínimo aceptable (limitado por

el módulo de radio con una BER de 10-3)

para extraer el valor de la máxima

distancia entre la OLT y las ONT.

Los resultados obtenidos muestran que

el desempeño del sistema conjunto se

degradó en términos de la distancia

máxima alcanzada. En concordancia con la

teoría, se considera que dicha degradación

fue resultado de las causas principales de

la distorsión en la forma de la onda óptica

tales como: variaciones de la potencia del

canal óptico debido a variaciones de

ganancia, desviación de la frecuencia o

longitud de onda del valor nominal (efecto

chirp [28]), dispersión de la fibra, pérdidas

de la fibra (atenuación) e interferencia

destructiva, principalmente por diafonía y

por la mezcla de cuatro ondas (FWM), que

de acuerdo con la Recomendación ITU-T

G.697 son degradaciones ópticas de

ocurrencia relativa elevada-media,

respectivamente. Por lo tanto, fue

necesario ajustar la distancia

(reduciéndola) con el fin de garantizar los

cuatro servicios en todas las ONT

presentes.

Anteriormente, en la Fig. 12 se había

mostrado la red FTTH-GPON con el

módulo RoF integrado para el caso de una

sola ONT, y ahora la Fig. 24 lo hace para

64 ONT. Es importante aclarar que la

Fig. 24 muestra el modelo correspondiente

a los escenarios de simulación usando

varias ONT, donde es pertinente

mencionar que los transmisores (OLT) y

receptores (ONT) están plasmados como

agrupación en modo componente (caja

negra) tomando como referencia el modelo

detallado que se usó para una sola ONT

(Fig. 12).

A continuación, se muestran los

resultados totales correspondientes a las

pruebas realizadas para el caso de varias

ONT. Se empieza con la referencia que

sería una ONT y se continua con 2 canales,

indicando los resultados del monitoreo

respectivo sin variar la distancia (es decir,

dejando constante la distancia máxima

alcanzada de referencia limitada por el

diseño del módulo RoF propuesto que

corresponde a 5,887 km) y dejando todo lo

demás constante, pasando de manera

similar al mismo proceso con 4, 8, 16, 32 y

64 canales, como se observa en las Tablas 5

y 6 donde, del total de resultados, se han

escogido como muestra el de una sola ONT

y el de ocho ONT. Con la distancia máxima

fija de 5,887 km, dichas tablas sirven de

referencia para tenerlas en cuenta cuando

se varíe la distancia más adelante.

La Tabla 5 es un resumen de lo que ya

se había analizado anteriormente para el

caso de una sola ONT; es decir,

corresponde a la evaluación del desempeño

a nivel físico de un sistema FTTH-GPON


módulo RoF actuando solamente una

portadora de radio.




Fig. 24. Modelo general del sistema FTTH-GPON Quad Play para 64 ONT


Tabla 5. Resultados de OPM en la red FTTH-GPON Quad Play para una ONT (Distancia constante)


ONT D [km] EVM [%] SNR [dB] SNR [lineal] BER (con SNR [lineal]) BER (aprox)

1 5,887 14,88726 16,543705 45,120142 0,000999201 0,9992 E-03

Ahora se procede a realizar la

evaluación del desempeño a nivel físico de


Quad Play al integrar un módulo RoF

cuando ya están actuando

simultáneamente 2, 4, 8, 16, 32 y 64 ONT.

Cabe aclarar que para cada ONT le

corresponde un módulo RoF, por lo que

cada señal de radio se monta sobre una

portadora óptica. En concordancia con el

plan de frecuencias de la Tabla 4, cuando

las primeras 8 portadoras de radio (ONT1-

ONT8) están presentes junto con las

portadoras de datos/voz y video, el

desempeño de sistema conjunto empeoró

posiblemente debido a la interferencia

destructiva (efecto negativo de la diafonía y

de FWM). Es decir, para el peor de los

casos ocurridos en la ONT6, la EVM se

incrementó del 14,877 % al 21,949 %, lo

cual implica que la BER empeoró pues

pasó de 1x10-3 a 15,6x10-3, según se

muestra en la Tabla 6. Lo anterior,

entorpece el desempeño general del

sistema, para lo cual se debe ajustar la

distancia (reduciéndola) con el fin de

garantizar los cuatro servicios en todas las

ONT presentes. Otra forma de evaluar el desempeño del

sistema cuando se emplean desde 8 canales

hasta 64 canales, es precisar que si se

aumenta la distancia por encima de la

máxima alcanzada en cada caso particular

(8 ONT, 16 ONT, 32 ONT y 64 ONT), el

desempeño del sistema empeorará

(EVM>14,877 % y BER>10-3) y no se podrá

garantizar calidad de servicio (QoS).

Para este contexto multicanal, es

importante resaltar la importancia por el

impacto que tiene la diafonía (cross-talk)

óptica en el desempeño del sistema. La

diafonía se presenta de forma diferente

debido a que las señales son transmitidas

por medio de luz, por tanto, en sistemas

WDM dicho fenómeno se manifiesta como

la perturbación que puede ocasionar

interferencia entre una longitud de onda

frente a otra, dependiendo de la separación

que exista entre ellas (interferencia de los

canales). En el suplemento 39 A de las

Recomendaciones ITU-T de la serie G se

usan unas expresiones particulares con el

fin de puntualizar los efectos de la diafonía

óptica.

Se llama diafonía entre canales a la

perturbación que ejercen los canales

adyacentes sobre el canal deseado; en otras

palabras, es la relación de la potencia total

en los canales perturbadores a la del canal

deseado, aclarando que las longitudes de




onda de los canales deseado y adyacentes

son diferentes. Paralelamente es posible

que se produzca diafonía (interferencia

entre canales) debido a la posible variación

de las frecuencias centrales y a la

demultiplexación anómala.

La diafonía entre canales se produce

especialmente debido a la demultiplexación

anómala de una señal de transmisión

multicanal en sus canales individuales,

previamente a la transferencia hacia un

conjunto de receptores monocanal.

El proceso más nocivo para un canal es

cuando su potencia de transmisión se

encuentra en el valor mínimo y el resto de

los canales contiguos se encuentran en su

máximo. Además, es importante resaltar

que la penalidad de diafonía también

depende de las velocidades binarias

relativas de las señales deseada e

interferente y de los códigos de línea [29],

teniendo en cuenta que en el presente

trabajo el servicio de datos/voz y radio

operan con 0 dBm pero el de video con 8

dBm, y sus velocidades binarias relativas

son distintas, para voz/datos 1,5 Gbps,

video 0,8 Gbps y radio 10 Gbps.

Adicionalmente, en concordancia con la

teoría de los efectos no lineales de la fibra

óptica [16], la mezcla de cuatro ondas

(FWM) se debe al índice refractivo

dependiente de la intensidad. Este efecto

se ve descrito por una interacción

paramétrica entre ondas ópticas de manera

muy parecida a la distorsión de

intermodulación que se produce en los

sistemas eléctricos. El efecto FWM de igual

manera es producido únicamente en

sistemas multicanal, en los cuales, los

choques entre dos o más canales causan la

generación de una o más frecuencias a

expensas de la pérdida de potencia de los

canales originales.

Para explicar claramente el

funcionamiento de esta no linealidad se

supone que se tiene tres ondas ópticas a

frecuencias fi, fj y fk que ingresan al núcleo

de una fibra óptica, esto, generará nuevos

componentes de frecuencia definidos como

fFWM = fi+ fj-fk. El número de bandas

laterales debido a la FWM se incrementa

geométricamente de acuerdo a (4):

𝑀 =1

2(𝑁𝑐ℎ

3 − 𝑁𝑐ℎ2 ) (4)

Donde, M es el número de las bandas

laterales creadas, y Nch es el número de

canales.

De (4) se puede verificar que, como para

el caso del presente trabajo, si se tienen 66

canales (64 de radio, uno de datos/voz y

otro de video), esto generaría 141.570

bandas laterales adicionales, que podrían

afectar directamente en los canales con

señal óptica útil, es por eso que se hace

necesaria una supresión de la mezcla de

cuatro señales FWM, para evitar

interferencias importantes entre los

canales de señal y los componentes de

frecuencia FWM [30].

Análogamente a los resultados

mostrados cuando la distancia es

constante, se procede a mostrar los

resultados totales correspondientes a las

pruebas realizadas para el caso de varias

ONT. Se empieza con la referencia que

sería una ONT y se continua con 2 canales,

indicando los resultados del monitoreo

respectivo pero ahora variando la distancia

(es decir, iniciando desde el caso que

garantiza el acceso de “último kilómetro”

hasta alcanzar la máxima distancia en

cada caso particular relacionado con el

número de ONT empleado) y dejando todo

lo demás constante, pasando de manera

similar al mismo proceso con 4, 8, 16, 32 y

64 canales, como se observa en la Tablas 7

y 8 donde se adicionaron los datos de la

PRxo como otro parámetro OPM a tener en

cuenta, seleccionando como muestra uno y

ocho ONT. Las Tablas 5 y 6, mostradas

anteriormente, sirvieron de referencia para

hacer la proyección de la distancia máxima

alcanzada en cada caso de acuerdo a la

limitante del servicio de Internet móvil en

cuanto al valor máximo de la BER

permitido (10-3), es decir, fue necesario




forzar al sistema para el peor caso de

desempeño mínimo aceptable y por tal vía

extraer el valor de la máxima distancia

alcanzada entre la OLT y las respectivas

ONT.

Por lo anterior, tras haber comentado

sobre la diafonía y el efecto FWM al

aumentar el número de canales, fue posible

analizar la incidencia de incrementar el

número de ONT comparado con la máxima

distancia de referencia para una ONT,

porque, con el fin de mantener el

desempeño general del sistema al valor

mínimo aceptable, se debe sacrificar la

distancia alcanzada entre OLT y ONT,

como se muestra en las Tablas 6 y 7.

Cuando se emplea un solo canal, o

inclusive dos y hasta cuatro canales, el

desempeño del sistema sigue siendo

comparativamente el mismo ya que no hay

sacrificio de distancia (BER en 10-3).

La Tabla 6 es un resumen de los

resultados de desempeño del sistema al

variar la distancia desde 1 km hasta 5,887

km, con incrementos de 1 km entre cada

prueba para el caso de una sola ONT, es

decir, corresponde a la evaluación del

desempeño a nivel físico de un sistema

FTTH-GPON para servicios Quad Play al

integrar un módulo RoF actuando

solamente una portadora de radio, y es

congruente con los resultados del peor caso

de referencia mostrados en la Tabla 5.

Recapitulando, se procede a realizar la

evaluación del desempeño a nivel físico de


Quad Play al integrar un módulo RoF

cuando ya están actuando

simultáneamente 2, 4, 8, 16, 32 y 64

portadoras de radio, teniendo en cuenta

que además se va a variar la distancia

entre la OLT y ONT.

Tabla 6. Resultados de OPM en la red FTTH-GPON Quad Play para 8 ONT (Distancia constante)


ONT D [km] EVM [%] SNR [dB] SNR [lineal] BER (con SNR [lineal]) BER (aprox)

1 5,887 7,926977 22,01785 159,1419971 6,31546E-09

2 5,887 7,410307 22,60328 182,107402 5,96032E-10

3 5,887 7,168321 22,89165 194,6099809 1,65406E-10

4 5,887 8,874023 21,03759 126,9868938 1,74957E-07

5 5,887 16,06435 15,88274 38,75017647 0,002014181 2,014181 E-03

6 5,887 21,94926 13,1716 20,75679203 0,015600426 15,60043 E-03

7 5,887 21,93346 13,17786 20,78670755 0,015545408 15,54541 E-03

8 5,887 14,97999 16,48977 44,56325992 0,001062006 1,062006 E-03

Tabla 7. Resultados de OPM en la red FTTH-GPON Quad Play para una ONT (Distancia variable)


ONT D [km] PRxo [dBm] EVM [%] SNR [dB] SNR [lin] BER (con SNR [lin]) BER (aprox)

1

1 -15,224 6,644045 23,551349 226,53477 6,31687E-12

2 -15,428 6,355649 23,936802 247,55984 7,3937E-13

3 -15,627 6,854632 23,280317 212,82944 2,56278E-11

4 -15,81 7,129899 22,938332 196,71308 1,33348E-10

5 -16,026 7,012759 23,082222 203,3397 6,76587E-11

5,887 -16,192 14,88726 16,543705 45,120142 0,000999201 0,9992 E-03




Las Tablas 6 y 7 son un resumen de los

resultados de desempeño del sistema al

variar la distancia desde 1 km hasta 5 km,

con incrementos de 1 km entre cada

prueba para el caso de ocho ONT, es decir,

corresponde a la evaluación del desempeño

a nivel físico de un sistema FTTH-GPON


módulo RoF actuando con 8 portadoras de

radio, y es congruente con los resultados

del peor caso de referencia mostrados en la

Tabla 6. Sin embargo, para este caso se

evidencia un sacrificio de distancia porque

las degradaciones ópticas ya empiezan a

ser apreciables. Por lo anterior, las pruebas

de ajuste del sistema arrojaron que la

máxima distancia con el fin de mantener

un desempeño aceptable y darle servicio a

todas las 8 ONT simultáneamente, bajó de

5,887 km a 3,830 km (con máxima EVM de

14,877 % y máxima BER de 10-3), por lo

que, al pasar de 4 a 8 canales, la penalidad

relativa en distancia corresponde a 2,057

km. Entonces, la penalidad acumulativa en

distancia con respecto a un solo canal se

mantiene en 2,057 km.

En la Fig. 24 se muestra el modelo

general del sistema FTTH-GPON Quad

Play para 64 ONT. Por su parte, la Fig. 25

muestra el espectro de frecuencias en el

canal óptico correspondiente a la red

FTTH-GPON Quad Play para 64 ONT, con

lo cual se evidencia que fue el escenario de

simulación global de la Fig. 24 que se

implementó en este trabajo, en

concordancia con el plan de frecuencias de

la Tabla 4.

Con el fin de resumir todos los

resultados de las distintas pruebas hechas

en los escenarios de simulación, la Tabla 9

compara el desempeño de los servicios de

la red FTTH-GPON Quad Play para varias

ONT especificando el alcance máximo.

Fig. 25. Espectro de frecuencias para de la red FTTH-GPON Quad Play para 64 ONT





Tabla 8. Resultados de OPM en la red FTTH-GPON Quad Play para ocho ONT (Distancia variable)


ONT D [km] PRxo [dBm] EVM [%] SNR [dB] SNR [lin]

BER

(con SNR [lin]) BER (aprox)

1

1 -15,211 7,320126 22,70962887 186,6220204 3,75094E-10

2 -15,41 7,277239 22,76066723 188,8281435 2,99156E-10

3 -15,628 6,943219 23,16878272 207,4332025 4,45047E-11

4 -15,815 7,659611 22,31586572 170,445905 1,97412E-09

5 -16,008 8,020366 21,91611625 155,4574807 9,23053E-09

2

1 -15,22 7,024872 23,06723169 202,6390633 7,26889E-11

2 -15,421 6,582257 23,6325033 230,8077195 4,08351E-12

3 -15,596 6,990821 23,10943636 204,6179059 5,93623E-11

4 -15,796 6,676266 23,50932736 224,3534418 7,8932E-12

5 -16,061 7,166576 22,89376578 194,7047642 1,63808E-10

3

1 -15,208 6,764148 23,39573797 218,5615677 1,42639E-11

2 -15,418 6,463336 23,79086533 239,3792671 1,7028E-12

3 -15,586 6,702103 23,47577804 222,6269847 9,41546E-12

4 -15,806 7,79269 22,166252 164,6740627 3,5738E-09

5 -15,993 7,102088 22,97227902 198,256713 1,13848E-10

4

1 -15,221 7,202674 22,85012483 192,7580316 1,99968E-10

2 -15,405 6,280508 24,04010454 253,5189653 4,02794E-13

3 -15,581 6,402769 23,87264333 243,9295041 1,07057E-12

4 -15,83 6,981241 23,12134739 205,1798646 5,60449E-11

5 -16,041 7,640157 22,33795434 171,315017 1,80543E-09

5

1 -15,219 6,508271 23,73068743 236,0851896 2,38296E-12

2 -15,421 6,548237 23,67751221 233,212176 3,19482E-12

3 -15,63 7,224593 22,82373228 191,5901723 2,25392E-10

4 -15,834 7,051332 23,03457674 201,1211176 8,49087E-11

5 -15,991 8,765424 21,14454143 130,152988 1,26018E-07

6

1 -15,21 7,064626 23,01821649 200,3649025 9,17436E-11

2 -15,406 6,590638 23,62145084 230,2210784 4,33552E-12

3 -15,679 8,139046 21,78852994 150,9569088 1,46792E-08

4 -15,846 7,789679 22,16960877 164,8013925 3,52729E-09

5 -15,996 14,40266 16,83114583 48,20749701 0,000713362 0,71336 E-03

7

1 -15,224 6,589814 23,62253687 230,2786563 4,31012E-12

2 -15,401 6,865843 23,26612263 212,1349683 2,75139E-11

3 -15,654 7,259083 22,78236476 189,7738969 2,71513E-10

4 -15,818 10,11437 19,90122326 97,75125152 3,67455E-06

5 -16,036 21,30097 13,43201239 22,03947467 0,01341486 13,4149 E-03

8

1 -15,22 6,780162 23,37519859 217,53035 1,58492E-11

2 -15,419 7,363945 22,65778928 184,4076475 4,70736E-10

3 -15,572 6,927711 23,18820476 208,3629395 4,04668E-11

4 -15,765 18,47087 14,67025297 29,31063968 0,00580128 5,80128 E-03

5 -16,026 19,90462 14,02092218 25,24016666 0,009245215 9,24521 E-03




Tabla 9. Comparación del desempeño de los servicios de la red FTTH-GPON Quad Play para varias ONT

especificando el alcance máximo. Fuente: elaboración propia.

Servicio No. ONT BER Distancia [km]

Datos/voz 2

2

2

1 x 10-40 5,88870

Video 3,69857 x 10-7 5,88870

Radio 3,47713 x 10-10 5,88870

Datos/voz 4

4

4

1 x 10-40 5,88870

Video 3,69857 x 10-7 5,88870

Radio 3,98063 x 10-8 5,88870

Datos/voz 8

8

8

1 x 10-40 5,88870

Video 3,69857 x 10-7 5,88870

Radio 1 x 10-3 3,83000

Datos/voz 16

16

16

1 x 10-40 5,88870

Video 3,69857 x 10-7 5,88870

Radio 1 x 10-3 2,35800

Datos/voz 32

32

32

1 x 10-40 5,88870

Video 3,69857 x 10-7 5,88870

Radio 1 x 10-3 1,51850

Datos/voz 64

64

64

1 x 10-40 5,88870

Video 3,69857 x 10-7 5,88870

Radio 1 x 10-3 1,30925

De la Tabla 9, se deduce que a medida

que se incrementa el número de ONT (y por

ende de portadoras de radio), el desempeño

del cuarto servicio (Internet móvil) empeora

desde el orden de BER de 10-10 hasta

llegar al mínimo aceptable que es una BER

de 10-3; no obstante, como se está

trabajando con un alcance de 5,887 km

(limitado por el módulo RoF propuesto)

para la prestación de servicios Quad Play,

el desempeño de los servicios Triple Play

en la red FTTH-FPON permanece

invariable, puesto que su alcance máximo

es de 20 km, en concordancia con [24], [25].

Es muy importante precisar que, de

acuerdo a los resultados obtenidos en [10], a

velocidades de 10 Gbps, el mejoramiento en

el desempeño de la transmisión usando una

fibra de dispersión negativa en relación con

una fibra de dispersión positiva, es mejor

que a velocidades de 2,5 Gbps en cuanto al

alcance máximo.

Además, cuando se utilizan láser

modulados externamente, como los Mach-

Zehnder y los de realimentación distribuida

tipo electroabsorción (EA-DFB) a 10 Gbps

para un solo canal, también se encuentra

una mejora en el desempeño (en términos

de máximo alcance sin compensación de

dispersión ni uso de amplificación) del

sistema, utilizando una fibra de dispersión

negativa que una de dispersión positiva.

Para una BER dada, el receptor tiene

una mejor sensitividad (más pequeña)

usando una fibra de dispersión negativa

que una positiva; y consecuentemente para

una sensitividad de receptor dada, se

obtiene un peor desempeño (BER más

grande) usando una fibra de dispersión

positiva que una negativa, teniendo en

cuenta que al aumentar la velocidad de

transmisión de datos, la sensitividad del

receptor empeora [10].




Finalmente, después de haber evaluado

el desempeño a nivel físico de un sistema

FTTH-GPON para servicios Quad Play al

integrar un módulo RoF (para mayor

detalle y ampliación de la información, se

sugiere consultar [30]), a continuación se

procede a puntualizar las conclusiones.

5. CONCLUSIONES

En este estudio se analizaron y

evaluaron diferentes escenarios de

simulación para determinar la incidencia de

agregar un cuarto servicio (Internet móvil)

a una red FTTH-GPON Triple Play

existente, siendo la integración del módulo

RoF el aporte más significativo de esta

investigación por ser un módulo simple e

implementable en un entorno actual como

solución de “último kilómetro” para que los

usuarios puedan contar con servicios Quad

Play para el caso de que algún operador

móvil lo ofrezca.

La integración del módulo RoF

propuesto a una red FTTH-GPON Triple

Play existente, no afecta el desempeño de

los parámetros OPM de los servicios de

datos/voz y video.

Al incrementar el número de ONT en

una red FTTH-GPON que soporte servicios

Quad Play, los resultados arrojaron una

penalización en términos de la distancia

máxima alcanzada entre la ONT y la OLT.

En concordancia con los resultados a lo

largo de las pruebas de simulación, al

realizar el monitoreo del canal óptico

cuando se varia la distancia de transmisión,

se determinó el desempeño de la red a

través de los resultados de la EVM y de la

BER.

A su vez en los escenarios de simulación

multicanal tipo WDM densa (DWDM), se

puede decir que:

-Todas las conclusiones obtenidas en los

escenarios monocanal (una sola ONT) son

aplicables a los escenarios multicanal

(varias ONT), ya que se están trabajando

los parámetros OPM y el caso monocanal es

una referencia para el caso multicanal.

-Los resultados del trabajo muestran

que inclusive se cumple con un buen

desempeño usando la fibra estándar SMF-

28, alcanzando una distancia de 1,250 km

(contexto de las redes de acceso) con una

portadora óptica que transporta la señal

RF, teniendo en cuenta que los operadores

ya cuentan con este tipo de fibra instalada

en todo el mundo, y no sería necesario

cambiar la fibra por la sugerida

CorningLEAF, a pesar de lograr con ella un

alcance de 5,877 km, pues su costo es más

elevado.

Es importante considerar que cuando se

obtuvo las distancias de referencia para el

canal simple, y tras realizar varias pruebas

de ajuste, se consiguieron las distancias

máximas para cada número de canales de

radio simultáneos. Lo que se hizo fue un

barrido desde 0 km hasta llegar a dichas

distancias de referencia (D), espaciadas

cada kilómetro. Luego, al comparar la

distancia obtenida de cada canal particular

(Dchj), se obtuvo que si D <Dchj, entonces

BERj <10-3 (desempeño bueno), cuando

D = Dchj, se tiene una BERj =10-3

(desempeño regular), y si D > Dchj, luego

BERj >10-3 (desempeño malo).

A futuro es posible seguir trabajando

con el fin de mejorar el desempeño del

módulo RoF propuesto que sirve ahora

como una referencia cuando se vaya a

integrar en una red FTTH-GPON Triple

Play, analizando otras alternativas que

permitan incrementar la distancia máxima

entre la OLT y las ONT, como por ejemplo

LR-PON y WDM-PON. Para tal fin, es

necesario considerar la modificación de los

valores de algunos parámetros de OFDM, o

usar diferentes formatos de codificación y

modulación, empleando 64-QAM, 256-QAM

u otros tipos de modulación digital que

también pueden ser utilizados para este

servicio. Se podrían evaluar también

enfoques alternativos que permitan operar

con frecuencias y velocidades de




transmisión más altas, y adicionalmente

tener en cuenta el enlace ascendente.

6. AGRADECIMIENTOS

Los autores desean expresar su

reconocimiento y agradecimiento al Grupo

I+D Nuevas Tecnologías en

Telecomunicaciones (GNTT), perteneciente

al Departamento de Telecomunicaciones de

la Facultad de Ingeniería en Electrónica y

Telecomunicaciones de la Universidad del

Cauca, por apoyar el desarrollo de esta

investigación a nivel de maestría. Además,

la colaboración brindada por los ingenieros

encargados del soporte de la herramienta

de simulación OptSim de Synopsys, Inc. fue

muy importante, destacándose la

colaboración de Jigesh Patel y Aldo

Peruggia. Además, se expresan

agradecimientos especiales a PhD. Chaddi

Assi, experto en comunicaciones por radio y

fibra óptica de la Universidad de Concordia

(Canada).

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